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CN109321875A - 一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法 - Google Patents

一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法 Download PDF

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CN109321875A
CN109321875A CN201811325263.4A CN201811325263A CN109321875A CN 109321875 A CN109321875 A CN 109321875A CN 201811325263 A CN201811325263 A CN 201811325263A CN 109321875 A CN109321875 A CN 109321875A
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carbon
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surface metal
processing method
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彭智虎
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CHANGSHA TOPWELLWEAR METAL MATERIAL SCIENCE Co Ltd
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CHANGSHA TOPWELLWEAR METAL MATERIAL SCIENCE Co Ltd
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces

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Abstract

本发明提供了一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法，该方法先对零件表面进行渗碳处理后冷却，再对处理后的工件表面进行打磨抛光，最后对打磨抛光后的工件进行熔盐法碳化物覆层处理。本发明针对中低碳中高合金钢的特点，采用渗碳与碳化物覆层处理相结合的方法，实现了中低碳中高合金钢的表面金属碳化物覆层处理，并有效发挥出了金属碳化物高耐磨、抗粘着、耐蚀、耐高温的性能特点，本发明所提供的方法，解决了现有技术中，对于中低碳中高合金钢或硬化效果有限、或硬化层与母材的结合力差、或对于窄缝深孔类工件很难形成硬化层的问题。

Description

一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法。
背景技术
对钢铁零部件进行化学热处理是大幅度提高其耐磨、耐蚀和耐疲劳等性能的有效方法。
对于含碳较低且合金元素较多的中高合金钢，其表面强化目前主要采取的化学热处理措施有：1、各种类型的氮化处理；2、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)；3、渗硼处理；4、CVD处理。对于氮化处理而言，该方法的硬化效果有限，处理后钢表面硬度较低，一般不会超过1200HV；对于PVD处理方法而言，其缺点是硬化层与母材的结合力差，对于窄缝深孔类工件很难形成硬化层，因此尽管PVD处理方法可以获得优异的表面性能，d但实际上在许多场合的应用都受到了限制。对于渗硼处理，该技术因为渗层的脆性以及渗硼后可能对不锈钢及热作模具钢的性能有负面影响，因此应用极少。CVD可以在材料表面实现多种表面硬化层处理，只是CVD法生产过程往往要使用毒性很强或易爆危险的化工原料，所以一般应用极少。
对于中低碳中高合金钢由于基体材料含碳量太低，无法进行熔盐法碳化物覆层处理，有些中碳中高合金钢如4Cr5MoV类热作模具钢，熔盐法碳化物覆层处理虽能形成碳化物覆层，但覆层次表层会出现贫碳现象，往往恶化基体材料的使用性能，使整体工件使用性能无法得到有效提升。
因此，对于含碳较低且合金元素较多的中高合金钢，为提高其耐磨、耐蚀和耐疲劳等性能，尚需开发一种新的硬化效果更好的方法。
发明内容
为解决现有技术中，为提高中低碳中高合金钢耐磨、耐蚀和耐疲劳性能，已有的方法强化效果不佳或不适用的问题，本发明的目的在于提供一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法，步骤包括：
(1)对材料表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的材料表面进行抛光；
(3)对步骤(2)抛光后的材料进行熔盐法碳化物覆层处理。
优选地，所述碳化物覆层的厚度为5～15μm。
优选地，步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法。
优选地，步骤(1)所述渗碳处理的渗层深度为0.1～0.8mm。
优选地，步骤(2)所述抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
优选地，步骤(3)所述碳化物覆层为碳化钒、碳化铌、碳化铬和碳化钽中的一种或几种的组合。
优选地，所述方法进一步包括：在步骤(3)熔盐法碳化物覆层处理后，对材料整体进行淬火和回火处理。
优选地，所述熔盐包括重量份计的以下组分：
无水硼砂75～85份，
金属氧化物10～20份，
铝粉5～10份。
进一步优选地，所述金属氧化物为五氧化二钒、五氧化二铌、五氧化二钽和三氧化二铬中的一种或几种的组合。
进一步优选地，所述淬火为空冷或油冷。
进一步优选地，所述回火处理的温度为180～600℃。
本发明所称“中低碳中高合金钢”，指含碳量低于0.5wt％，合金元素铬、钼、钨、钒、铌、钛和镍总质量百分含量高于4％的合金钢。
本发明针对中低碳中高合金钢的特点，采用渗碳与碳化物覆层处理相结合的方法，实现了中低碳中高合金钢的表面金属碳化物覆层处理，并有效发挥出了金属碳化物高耐磨、抗粘着、耐蚀、耐高温的性能特点。
本发明的有益效果
1、本发明针对中低碳中高合金钢的特点，采用渗碳与碳化物覆层处理相结合的方法，实现低碳中高合金钢的表面金属碳化物覆层处理，并使处理的零件表面具有高耐磨、抗粘着、耐蚀、耐高温的性能特点；
2、本发明所提供的方法，解决了现有技术中，或硬化效果有限、或硬化层与母材的结合力差、或对于窄缝深孔类工件很难形成硬化层的问题。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，实施例中采用常用的2Cr13马氏体不锈钢材料试样作进一步的描述，试样尺寸为直径15mm，厚度5mm，中心有一个直径3mm的装吊通孔。但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种对2Cr13马氏体不锈钢试样的金属碳化铌覆层处理方法，步骤包括：
(1)对试样表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的工件表面进行打磨抛光；
(3)对步骤(2)打磨抛光后的试样进行熔盐法碳化铌覆层处理。
步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法，渗碳处理的渗层深度为0.5mm。
步骤(2)所述打磨抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
步骤(3)所述熔盐法碳化铌覆层处理所用的盐为硼砂熔盐，包括：无水硼砂83wt％，五氧化二铌12wt％，铝粉5wt％，处理温度为970℃，时间为8h。
对步骤(3)处理后的式样进行淬火和回火处理，淬火为加热温度970℃，油冷，所述回火处理的温度为180℃。
实施例2
一种对2Cr13马氏体不锈钢试样的金属碳化铬覆层处理方法，步骤包括：
(1)对试样表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的工件表面进行打磨抛光；
(3)对步骤(2)打磨后的试样进行熔盐法碳化铬覆层处理。
步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法，渗碳处理的渗层深度为0.5mm。
步骤(2)所述打磨抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
步骤(3)所述熔盐法碳化铬覆层处理所用的盐为硼砂熔盐，包括：无水硼砂81wt％，三氧化二铬12wt％，铝粉7wt％，处理温度为970℃，时间为8h。
对步骤(3)处理后的式样进行淬火和回火处理，淬火为加热温度970℃，油冷，所述回火处理的温度为180℃。
实施例3
一种对2Cr13马氏体不锈钢试样的金属碳化钽覆层处理方法，步骤包括：
(1)对试样表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的试样表面进行打磨抛光；
(3)对步骤(2)打磨后的试样进行熔盐法碳化钽覆层处理。
步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法，渗碳处理的渗层深度为0.5mm。
步骤(2)所述打磨抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
步骤(3)所述熔盐法碳化钽覆层处理所用的盐为硼砂熔盐，包括：无水硼砂81wt％，五氧化二钽15wt％，铝粉6wt％，处理温度为970℃，时间为8h。
对步骤(3)处理后的式样进行淬火和回火处理，淬火为加热温度970℃，油冷，所述回火处理的温度为180℃。
实施例4
一种对2Cr13马氏体不锈钢试样的金属碳化钒覆层处理方法，步骤包括：
(1)对试样表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的试样表面进行打磨抛光；
(3)对步骤(2)打磨后的试样进行熔盐法碳化钒覆层处理。
步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法，渗碳处理的渗层深度0.5mm。
步骤(2)所述打磨抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
步骤(3)所述熔盐法碳化钒覆层处理所用的盐为硼砂熔盐，包括：无水硼砂85wt％，五氧化二钒10wt％，铝粉5wt％，处理温度为970℃，时间为8h。
对步骤(3)处理后的式样进行淬火和回火处理，淬火为加热温度970℃，油冷，所述回火处理的温度为180℃。
实施例5
一种对2Cr13马氏体不锈钢试样的金属碳化钒铌钽覆层处理方法，步骤包括：
(1)对试样表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的试样表面进行打磨抛光；
(3)对步骤(2)打磨抛光后的试样进行熔盐法碳化钒铌钽覆层处理。
步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法，渗碳处理的渗层深度为0.5mm。
步骤(2)所述打磨抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
步骤(3)所述熔盐法碳化钒铌钽覆层处理所用的盐为硼砂熔盐，包括质量：无水硼砂75％，五氧化二钒6wt％，五氧化二铌6wt％，五氧化二钽6wt％，铝粉7wt％，处理温度为970℃，时间为8h。
对步骤(3)处理后的式样进行淬火和回火处理，淬火为加热温度970℃，油冷，所述回火处理的温度为180℃。
检测例1
通过实施例1～5所提供的方法，在相同材质和尺寸的试样表面分别制备了5种表面金属碳化物覆层，编号分别为A～E，测试五种金属表面的硬度，结果如表1所示。
表1五种表面金属碳化物覆层的性能及表面状况
序号 硬度/HV0.05 表面状况
A 2650 覆层完整致密
B 1820 覆层完整致密
C 2435 覆层完整致密
D 2930 覆层完整致密
E 3300 覆层完整致密

Claims (10)

1.一种中低碳中高合金钢材料的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，步骤包括：
(1)对材料表面进行渗碳处理后冷却；
(2)对步骤(1)处理后的材料表面进行抛光；
(3)对步骤(2)抛光后的材料进行熔盐法碳化物覆层处理。
2.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，所述碳化物覆层的厚度为5～15μm。
3.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，步骤(1)所述渗碳处理的方法包括真空渗碳法和/或离子渗碳法。
4.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，步骤(1)所述渗碳处理的渗层深度为0.1～0.8mm。
5.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，步骤(2)所述抛光处理的标准为粗糙度Ra小于0.4。
6.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，步骤(3)所述碳化物覆层为碳化钒、碳化铌、碳化铬和碳化钽中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在步骤(3)熔盐法碳化物覆层处理后，对材料整体进行淬火和回火处理。
8.根据权利要求1所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，所述熔盐包括重量份计的以下组分：
无水硼砂75～85份，
金属氧化物10～20份，
铝粉5～10份。
9.根据权利要求8所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，所述金属氧化物为五氧化二钒、五氧化二铌、五氧化二钽和三氧化二铬中的一种或几种的组合。
10.根据权利要求7所述的表面金属碳化物覆层处理方法，其特征在于，所述回火处理的温度为180～600℃。
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